5. Аттенюатор

Для ослабления сигналов СВЧ диапазона широко применяются ступенчатые аттенюаторы (АТ) на SPDT-ключах [3,4]. Структурная схема 15-разрядного ступенчатого АТ приведена на рис. 10.

Рис. 10. Структурная схема ступенчатого АТ

Упрощенная схема SPDT-ключа представлена на рис. 11. Обычно ступенчатые АТ конструктивно выполняются в виде монолитной интегральной схемы, но в некоторых случаях целесообразно разработать АТ на дискретных элементах. В качестве элементной базы SPDT-ключа были выбраны pHEMT-транзисторы ATF-36077 (производства фирмы Avago Technologies, США).

Рис. 11. Упрощенная схема SPDT-ключа

Для формирования управляющих сигналов (УС) удобно использовать КМОП-микросхемы, поскольку в данном случае низкий логический уровень микросхемы очень близок к потенциалу земли, а высокий уровень примерно равен напряжению питания. При этом, чтобы не превысить предельно допустимые электрические параметры транзистора ATF-36077 [5], нужно выбрать КМОП-микросхему с напряжением питания 3 В (например, микросхему 4000-серии). К выходу этой микросхемы необходимо подключить операционный усилитель (ОУ) с коэффициентом усиления К_у = -1, так как в этом случае при логическом нуле на выходе КМОП-микросхемы ( 0 В на выходе ОУ) транзистор ATF-36077 открыт, а при логической единице на выходе микросхемы ( -3 В на выходе ОУ) закрыт.

На рис. 12 представлена вольт-амперная характеристика (ВАХ) транзистора ATF-36077. Для уменьшения влияния сопротивления открытого транзистора на коэффициент ослабления АТ необходимо работать только в одной из областей ВАХ (крутой или пологой). Предпочтительней использовать пологую область ВАХ, поскольку в ней больший диапазон рабочих напряжений, чем в крутой области ВАХ, несмотря на большее входное сопротивление ( ).

Рис. 12. ВАХ транзистора ATF-36077

Исходя из ВАХ транзистора, U_смещ было выбрано равным 0,6 В. Учитывая предельные электрические параметры транзистора [5] и условия его нормальной работы как аналогового ключа для данной схемы (при U_зи=0 транзистор открыт ), были наложены ограничения на входной сигнал -2,4 В ≤ U_вх ≤ 0 В. С помощью ВАХ было определено, что при изменении входного сигнала от 0 В до -2,4 В, сопротивление транзистора меняется от 250 Ом до 29 Ом, что является недопустимым для корректной работы АТ. Поэтому требуются дополнительные ограничения на входной сигнал, обусловленные приемлемым диапазоном изменения сопротивления транзистора. Пусть приемлемый диапазон изменения сопротивления транзистора равен 4 Ом, тогда в качестве допустимых входных напряжений можно выбрать диапазон -2,4 В ≤ U_вх ≤ -2,0 В. При этом значение сопротивления транзистора будет лежать в диапазоне от 29 Ом до 33 Ом. Для расчета резистивного делителя (рис. 13) сопротивление транзистора R_ТР примем равным 31 Ом. В таблице 2 приведены результаты расчета параметров схемы АТ, изображенной на рис. 10.

Рис. 13. Резистивный делитель

где L – коэффициент ослабления в дБ; Z_IN = R_Г + R_ТР; Z_OUT = R_Н + R_ТР; R_Г = R_Н = 50 Ом; R_ТР = 31 Ом.

Таблица 2

i	L, дБ	УС_i	R1_i, Ом	R2_i, Ом	R3_i, Ом
1	1		4,7	4,7	702
2	2		9,0	9,0	349
15	15		56	56	30